Polinomio di Taylor.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Universit`
a degli Studi di Padova
Dipartimento di Matematica
21 novembre 2014
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
1/ 54
Polinomio di Taylor
Dalla teoria della derivazione, sappiamo che se f : (a, b) → R `e
derivabile in x0 ∈ (a, b) allora
f 0 (x0 ) = lim
x→x0
f (x) − f (x0 )
x − x0
cio`e
f (x) − f (x0 )
0
0 = lim
− f (x0 )
x→x0
x − x0
f (x) − f (x0 ) − f 0 (x0 )(x − x0 )
= lim
x→x0
x − x0
ovvero, f (x) − f (x0 ) − f 0 (x0 )(x − x0 ) = o(x − x0 ) e quindi,
f (x) = f (x0 ) + f 0 (x0 )(x − x0 ) + o(x − x0 ).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
2/ 54
Polinomio di Taylor
La scrittura
f (x) = f (x0 ) + f 0 (x0 )(x − x0 ) + o(x − x0 ).
dice che in un intorno di x0 la funzione f si pu`
o approssimare con
il polinomio di primo grado
f (x0 ) + f 0 (x0 )(x − x0 ).
Problema.
Se pi`
u in generale la funzione f : (a, b) → R `e differenziabile n
volte, esiste un polinomio di grado n che approssima f in un
intorno di x0 , ovviamente meglio del polinomio di primo grado
sopra indicato f (x0 ) + f 0 (x0 )(x − x0 )?
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
3/ 54
Formula di Mac Laurin
La scrittura
f (x) = f (x0 ) + f 0 (x0 )(x − x0 ) + o(x − x0 ).
nel caso particolare x0 = 0 diventa
f (x) = f (0) + f 0 (0)(x) + o(x).
e si chiama formula di Mac Laurin di grado 1.
Per la formula di Mac Laurin di grado n cercheremo Tn , polinomio
di grado n, tale che pi`
u in generale
f (x) = Tn (x) + o(x n )
per x → 0.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
4/ 54
Formula di Mac Laurin
Definizione
Sia f : (a, b) → R derivabile n volte in 0. Allora la scrittura
f (x) =
n
X
f (k) (0)
k=0
k!
x k + o(x n )
`e nota come formula di Mac Laurin.
Inoltre
n
X
f (k) (0)
k=0
k!
xk
si chiama polinomio di Mac Laurin.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
5/ 54
Formula di Mac Laurin. Esempio 1.
Esempio
Calcolare il polinomio di Mac Laurin di
f (x) = e x
di ordine n.
Svolgimento.
Essendo f (k) (x) = e x per ogni k ∈ N, naturalmente
(k)
P
f (k) (0) = e 0 = 1 e quindi da Tn (x) = nk=0 f k!(0) x k ricaviamo
n
X
xk
k=0
k!
=1+x +
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
x2
xn
+ ... + .
2
n!
Polinomio di Taylor.
6/ 54
Formula di Mac Laurin. Esempio 1.
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
−1
Figura : In alto. La funzione e x in [−1, 1] (in nero), la formula di Mac
Laurin Tk di grado 1 (in verde), la formula di Mac Laurin di grado 2 (in
rosso), la formula di Mac Laurin di grado 3 (in magenta). In basso.
L’errore assoluto |e x − Tk (x)| in [−1, 1], relativamente alla formula di
Mac Laurin Tk di grado 1 (in verde), la formula di Mac Laurin di grado 2
(in rosso), la formula di Mac Laurin di grado 3 (in magenta).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
7/ 54
Formula di Mac Laurin. Esempio 1.
Nota.
Notiamo dalla figura che
I
La qualit`a dell’approssimazione migliora al crescere del grado
del polinomio di Mac Laurin.
I
L’approssimazione `e buona solo in un intorno di 0. L’errore
assoluto vicino a 0 `e piccolo, ma non `e cos`ı in x = 1.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
8/ 54
Formula di Mac Laurin. Esempio 2.
Esempio
Calcolare il polinomio di Mac Laurin di
f (x) = sin(x)
di ordine n.
Svolgimento.
Da
f (k) (x)
f (0) (x) = sin(x)
f (1) (x) = cos(x)
f (2) (x) = − sin(x)
f (3) (x) = − cos(x)
f (4) (x) = sin(x)
...
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
f (k) (0)
f (0) (0) = 0
f (1) (0) = 1
f (2) (0) = 0
f (3) (0) = −1
f (4) (0) = 0
...
Polinomio di Taylor.
9/ 54
Formula di Mac Laurin. Esempio 2.
abbiamo da Tn (x) =
Tn (x) = x −
Pn
k=0
f (k) (0) k
k! x
x3 x5 x7
x 2n+1
+
−
+ . . . + (−1)n
3!
5!
7!
2n + 1!
e quindi per x ≈ 0
sin(x) = x −
x3 x5 x7
x 2n+1
+
−
+ . . . + (−1)n
+ o(x n ).
3!
5!
7!
2n + 1!
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
10/ 54
Formula di Mac Laurin. Esempio 2.
1
0.5
0
−0.5
−1
−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.2
0.15
0.1
0.05
0
−1
Figura : In alto. La funzione sin(x) in [−1, 1] (in nero), la formula di
Mac Laurin Tk di grado 1 (in verde), la formula di Mac Laurin di grado 2
(in rosso), la formula di Mac Laurin di grado 3 (in magenta). In basso.
L’errore assoluto | sin(x) − Tk (x)| in [−1, 1], relativamente alla formula di
Mac Laurin Tk di grado 1 (in verde), la formula di Mac Laurin di grado 2
(in rosso), la formula di Mac Laurin di grado 3 (in magenta).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
11/ 54
Formula di Mac Laurin. Esempio 2.
Nota.
Notiamo dalla figura che
I
La qualit`a dell’approssimazione migliora al crescere del grado
del polinomio di Mac Laurin.
I
L’approssimazione `e buona solo in un intorno di 0. L’errore
assoluto vicino a 0 `e piccolo, ma non `e cos`ı in x = 1 (evidente
nel caso T1 ).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
12/ 54
Formula di Mac Laurin. Esercizio.
Esercizio
Mostrare che
log(1 + x) = x −
x2 x3 x4
xn
+
−
+ . . . + (−1)n−1 + o(x n ).
2
3
4
n
Nota.
Valutiamo log(1.2) ≈ 0.182321556793955 tramite
log(1 + x) = x −
Grado
1
2
3
4
5
6
7
x2
x3
x4
xn
+
−
+ . . . + (−1)n−1
+ o(x n )
2
3
4
n
Mac Laurin
0.200000000000000
0.180000000000000
0.182666666666667
0.182266666666667
0.182330666666667
0.182320000000000
0.182321828571429
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Errore Assoluto
0.017678443206045
0.002321556793955
0.000345109872712
0.000054890127288
0.000009109872712
0.000001556793955
0.000000271777474
Polinomio di Taylor.
13/ 54
Formula di Mac Laurin. Esercizio.
Nota.
Valutiamo log(6) ≈ 1.7917594692280555 tramite
log(1 + x) = x −
x3
x4
xn
x2
+
−
+ . . . + (−1)n−1
+ o(x n )
2
3
4
n
Grado
1
2
3
4
5
Mac Laurin Errore Assoluto
5.0000 . . .
3.2082 . . .
−7.5000 . . .
9.2918 . . .
34.167 . . .
32.375 . . .
−122.08 . . .
123.88 . . .
502.92 . . .
501.12 . . .
Questa tabella ci dice che ha senso approssimare il log(1 + x) con
la formula di Mac Laurin, solo per x ≈ 0.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
14/ 54
Formula di Taylor.
Definizione
Sia f : (a, b) → R derivabile n volte in x0 ∈ (a, b). Allora la
scrittura
f (x) =
n
X
f (k) (x0 )
k=0
k!
(x − x0 )k + o((x − x0 )n )
`e nota come formula di Taylor di ordine n, centrata in x0 , con
resto di Peano.
Inoltre
n
X
f (k) (x0 )
k=0
k!
(x − x0 )k
si chiama polinomio di Taylor.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
15/ 54
Formula di Taylor.
Teorema
Siano f : [a, b] → R e x0 ∈ [a, b]. Se
I
f `e n volte derivabile in [a, b];
I
f `e n + 1 volte derivabile in [a, b]\x0 ;
I
f (n) `e continua in [a, b]
allora per ogni x ∈ [a, b]\x0 esiste ξ(x) tra x e x0 tale che
f (x) = Tn (x) +
(x − x0 )n+1 (n+1)
f
(ξ(x))
(n + 1)!
dove Tn `e il polinomio di Taylor di ordine n e centro x0 della
funzione f .
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
16/ 54
Formula di Mac Laurin.
Teorema
Valgono le seguenti formule di Mac Laurin:
x2
2
xn
n!
I
ex = 1 + x +
I
sin(x) = x −
x3
6
+
x5
5!
x
+ . . . + (−1)n (2n+1)!
+ o(x 2n+2 );
I
cos(x) = 1 −
x2
2
+
x4
4!
x
+ . . . + (−1)n (2n)!
+ o(x 2n+1 );
I
sinh(x) = x +
x3
6
+
x5
5!
+ ... +
x 2n+1
(2n+1)!
I
cosh(x) = 1 +
x2
2
+
x4
4!
+ ... +
x 2n
(2n)!
x2
2
+
+ ... +
+ o(x n );
2n+1
2n
x3
3
+ o(x 2n+2 );
+ o(x 2n+1 );
n
+ . . . + (−1)n+1 xn + o(x n );
2
3
α
I (1+x)α = 1+α·x + α(α−1)x + α(α−1)(α−2)x +. . .+
x n +o(x n )
2
3!
n
α
dove per ogni α ∈ R, n 6= 0,
= α(α−1)(α−2)...α(α−1)(α−n+1)
;
n!
n
I
log(1 + x) = x −
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
17/ 54
Formula di Mac Laurin.
x5
5
x3
3
+
x3
3
+
2 5
15 x
I
arcsin(x) = x +
x3
6
+
I
tanh(x) = x −
I
arctan(x) = x −
I
tan(x) = x +
x3
3
+
2n+1
x
+ . . . + (−1)n (2n+1)
+ o(x 2n+2 );
+ o(x 6 );
3 5
40 x
2 5
15 x
+ o(x 6 );
+ o(x 6 ).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
18/ 54
Su o(f (x)).
Ricordiamo le seguenti
Notazione.
f (x) = o(g (x)) per x → x0 ⇔ lim
x→x0
f (x)
= 0.
g (x)
Definizione
Se limx→x0 f (x) = 0, limx→x0 g (x) = 0 e f = o(g ) allora f `e un
infinitesimo di ordine superiore rispetto a g per x → x0 .
Esempio
Si mostra facilmente che
I
x 2 = o(x) per x → 0;
I
x 5 = o(x) per x → 0;
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
19/ 54
Algebra degli o(f (x)).
Teorema
Vale la seguente algebra degli o-piccoli, per x → 0:
I
o(x α ) ± o(x β ) = o(x min(α,β) );
I
o(k · x α ) = o(x α ) per k ∈ R;
I
k · o(x α ) = o(x α ) per k ∈ R;
I
x α · o(x β ) = o(x α+β );
I
o(x α ) · o(x β ) = o(x α+β );
I
x α = o(x β ) per ogni β < α;
I
o(x α ) = o(x β ) per ogni β < α.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
20/ 54
Algebra degli o(f (x)).
Traccia.
Per dimostrare gli asserti basta usare le definizioni di o(x k ). Mostriamo
ad esempio che
o(x α ) ± o(x β ) = o(x min(α,β) )
Non `e restrittivo supporre α = min(α, β). Se f (x) = o(x α ),
g (x) = o(x β ) allora
lim
x→0
f (x)
g (x)
= lim β = 0
x→0 x
xα
allora da β − α ≥ 0
f (x) ± g (x)
f (x)
g (x)
f (x)
g (x)x β−α
=
lim
±
lim
=
lim
±
lim
=0
x→0
x→0 x α
x→0 x α
x→0 x α
x→0
xα
xβ
lim
e quindi `e provato l’asserto.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
21/ 54
Algebra degli o(f (x)).
Mostriamo come seconda cosa che
o(x α ) · o(x β ) = o(x α+β )
Se f (x) = o(x α ), g (x) = o(x β ) allora
f (x)
g (x)
lim
= lim β = 0.
x→0 x α
x→0 x
Di conseguenza
f (x) g (x)
f (x) · g (x)
= lim α · β = 0
lim
α+β
x→0 x
x→0
x
x
cio`e o(x α ) · o(x β ) = o(x α+β ).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
22/ 54
Algebra degli o(f (x)).
Mostriamo come terza cosa che
o(x α ) = o(x β ) per ogni β < α.
Se f (x) = o(x α ) allora
f (x)
=0
x→0 x α
Mostriamo che se β < α allora
lim
f (x)
= 0.
x→0 x β
Infatti se β < α allora se α − β > 0 e
f (x)x α−β
f (x)
lim β = lim f (x) · x −β = lim f (x) · x α−β−α = lim
=0
x→0 x
x→0
x→0
x→0
α
cio`e o(x α ) = o(x β ) per ogni β < α.
lim
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
23/ 54
Ordine di infinitesimo.
Definizione
Si dice ordine di infinitesimo di una funzione infinitesima f (per
x → 0), quell’ α ∈ R+ tale che per un certo L ∈ R\{0}
f (x)
=L
x→0 x α
lim
Nota.
Calcolare l’ordine di infinitesimo di f `e equivalente a trovare α tale
che, per L ∈ R,
f (x) = L x α + o(x α ).
Infatti, dividendo ambo i membri per x α e passando al limite per
x → 0,
o(x α )
f (x)
= L.
lim α = L + lim
x→0 x α
x→0 x
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
24/ 54
Calcolo di limite.
Esempio
Si calcoli
lim
x→0
x + sin(x) + log(1 + x)
ex − 1 + x 2
Svolgimento.
Osserviamo che, per quanto noto dalla formula di Mac Laurin
I
ex = 1 + x +
ex − 1 = x +
I
sin(x) = x −
I
log(1 + x) =
xn
x2
n
2 + . . . + n! + o(x ) e quindi
2
n
x
x
n
2 + . . . + n! + o(x );
x3
x5
x7
n x 2n+1
n
3! + 5! − 7! + . . . + (−1) 2n+1! + o(x ).
2
3
4
n
x − x2 + x3 − x4 + . . . + (−1)n−1 xn + o(x n ).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
25/ 54
Calcolo di limite.
Di conseguenza, visto che o(x)/x → 0 per x → 0,
x + sin(x) + log(1 + x)
x→0
ex − 1 + x 2
lim
x + (x + o(x 2 )) + (x + o(x))
x→0
(x + o(x)) + o(x)
3x + o(x 2 ) + o(x)
= lim
x→0 x + o(x) + o(x)
x(3 + o(x 2 )/x + o(x)/x)
= lim
x→0 x(1 + o(x)/x + o(x)/x)
3x
= lim
=3
x→0 x
=
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
lim
Polinomio di Taylor.
26/ 54
Calcolo di limite.
Nota.
La tecnica consiste nel determinare che il numeratore `e del tipo
C1 x α + o(x α )
che il numeratore `e
C2 x β + o(x β )
e quindi calcolare
C1 x α
C1 x α + o(x α )
=
lim
.
x→0 C2 x β
x→0 C2 x β + o(x β )
lim
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
27/ 54
Ulteriori sviluppi. Esempi I.
Esempio
Per x → 0, si ha
√
√
x 3/2 x 5/2
+
+ o(x 5/2 )
sin( x) = x −
6
5!
Traccia.
y3
3!
Scrivere lo sviluppo sin(y ) = y −
+
y5
5!
+ o(y 5 ) e porre y =
√
x.
Esempio
Per x → 0, si ha
2
ex = 1 + x 2 +
x4 x6
+
+ o(x 6 )
2
3!
Traccia.
Scrivere lo sviluppo e y = 1 + y +
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
y2
2
+
y3
3!
+ o(y 3 ) e porre y = x 2 .
Polinomio di Taylor.
28/ 54
Ulteriori sviluppi. Esempi II.
Esempio
Per x → 0, si ha
ex
2 +1
= e + e · x2 +
e · x4 e · x6
+
+ o(x 6 )
2
3!
Traccia.
2
Scrivere lo sviluppo e x = 1 + x 2 +
ex
2 +1
2
x4
2
+
= e · e x = e · (1 + x 2 +
x6
3!
+ o(x 6 ) e osservare che
x4 x6
+
+ o(x 6 )).
2
3!
Nota.
I conti appena fatti richiedono di lavorare con funzioni infinitesime
e quindi non si adattano ad oggetti quali cos(1 + x 3 ) in un intorno
di 0, poich`e limx→0 cos(1 + x 3 ) = cos(1) 6= 0.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
29/ 54
Ulteriori sviluppi. Esempi III.
Esempio
Per x → 0, si ha
(sin(x))2 = x 2 −
x4
+ o(x 4 )
3
Traccia.
Scrivere lo sviluppo sin(x) = x −
(sin(x))2
x3
3!
+ o(x 3 ) e osservare che
2
x3
+ o(x 3 )
3!
3 2
x
x3
x3
x2 +
+ (o(x 3 ))2 − 2x
+ 2xo(x 3 ) − 2 · o(x 3 )
3!
3!
3!
=
=
=
x−
x2 +
x6
x4
x4
+ o(x 6 ) −
+ o(x 4 ) − o(x 6 ) = x 2 −
+ o(x 4 ).
36
3
3
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
30/ 54
Ulteriori sviluppi. Esercizio svolto.
Esercizio
Calcolare
√
cos(2 x) − e −2x
lim
sin(x) − x
x→0+
Traccia.
E’ una forma 0/0. Si noti che x → 0+ , ma la teoria vale lo stesso
(perch`e ?). Si vede subito che
I
sin(x) − x = −(x 3 /6) + o(x 3 );
I
dallo sviluppo di cos(y ) = 1 − (y 2 /2) + o(y 2 ) abbiamo per
√
x > 0, y = 2 x
√
√
√
cos(2 x) = 1 − ((2 x)2 /2) + o((2 x)2 ) = 1 − 2x + o(x)
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
31/ 54
Ulteriori sviluppi. Esercizio svolto.
I
dallo sviluppo e y = 1 + y +
e −2x = 1 − 2x +
y2
2
+
y3
3!
+ o(y 3 ) abbiamo
(−2x)2 (−2x)3
+
+ o(y 3 ) = 1 − 2x + o(x)
2
3!
Quindi,
√
cos(2 x) − e −2x = (1 − 2x + o(x)) − (1 − 2x + o(x)) = o(x) − o(x) = o(x)
e non si capisce bene cosa sia a meno di infinitesimi
√
cos(2 x) − e −2x .
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
32/ 54
Ulteriori sviluppi. Esercizio svolto.
Andiamo ad un ordine maggiore. Da
cos(y ) = 1 − (1/2)y 2 + (1/4!)y 4 + o(y 4 ) ricaviamo dopo qualche
conto
√
I cos(2 x) = 1 − 2x + (2/3)x 2 + o(x 2 )
e −2x = 1 − 2x + 2x 2 + o(x 2 )
da cui
I
√
cos(2 x) − e (−2x)
=
(1 − 2x + (2/3)x 2 + o(x 2 )) − (1 − 2x + 2x 2 + o(x 2 ))
=
(2/3)x 2 − 2x 2 + o(x 2 ) = −(4/3)x 2 + o(x 2 )
e facilmente,
√
cos(2 x) − e −2x
lim
sin(x) − x
x→0+
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
−(4/3)x 2 + o(x 2 )
x→0 −(x 3 /6) + o(x 3 )
−(4/3)x 2
= lim+
= +∞
x→0 −(x 3 /6)
=
lim+
Polinomio di Taylor.
33/ 54
Nota sui limiti limx→∞ f (x).
Nota.
Osserviamo che posto t = 1/x
1
.
lim f (x) = lim+ f
x→+∞
t
t→0
Di conseguenza, dopo una opportuna trasformazione, possiamo
calcolare con le tecniche introdotte, pure limiti del tipo
lim f (x).
x→+∞
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
34/ 54
Nota sui limiti limx→∞ f (x).
Esempio
Calcolare
lim
1
x2
− sin( x12 )
1
x4
x→+∞
.
Traccia.
Ricordando che in un intorno di 0
sin(t) − t = −(t 3 /6) + o(t 3 ) ⇒ sin(t 2 ) − t 2 = −(t 6 /6) + o(t 6 )
per t = 1/x
lim
x→+∞
1
x2
− sin( x12 )
1
x4
=
lim+
t 2 − sin(t 2 )
t4
lim+
(t 6 /6) + o(t 6 )
=0
t4
t→0
=
t→0
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
35/ 54
Esercizi.
Esercizi
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
36/ 54
Esercizi svolti, I.
Esercizio
Calcolare con gli infinitesimi
lim+
x→0
3x − sin(x + x 2 ) − 1 + log(1 + x)
x · arctan(x)
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
37/ 54
Esercizi svolti, I.
Traccia.
E’ del tipo 0/0 (indeterminato).
I
Calcoliamo l’espansione del numeratore, ottenendo un
risultato del tipo
3x − sin(x + x 2 ) − 1 + log(1 + x) = C1 x α + o(x α ).
Dagli sviluppi di Mac Laurin:
I
I
I
3x = e log(3)x = 1 + log(3)x + o(x);
sin(x + x 2 ) = (x + x 2 ) + o(x);
log(1 + x) = x + o(x);
e quindi
3x
− 1 − sin(x + x 2 ) + log(1 + x)
= log(3)x + o(x) − (x + x 2 ) + o(x) + (x + o(x))
= log(3)x + o(x).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
38/ 54
Esercizi svolti, I.
I
Calcoliamo l’espansione del denominatore. Da
x a o(x b ) = o(x a+b ) e arctan(x) = x + o(x)
x · arctan(x) = x(x + o(x)) = x 2 + xo(x) = x 2 + o(x 2 )
Quindi il limite vale
L = lim+
x→0
log(3)x + o(x)
= +∞.
x 2 + o(x 2 )
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
39/ 54
Esercizi svolti, II.
Esercizio
Calcolare con gli infinitesimi
x + 2x 3 − sin(x)
x→0
log(1 + x 3 )
lim
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
40/ 54
Esercizi svolti, II.
Traccia.
E’ del tipo 0/0 (indeterminato).
I
Calcoliamo l’espansione del numeratore, ottenendo un
risultato del tipo
x + 2x 3 − sin(x) = C1 x α + o(x α ).
Sappiamo che sin(x) = x − x 3 /6 + o(x 3 ); e quindi
x + 2x 3 − sin(x) = x + 2x 3 − (x − x 3 /6 + o(x 3 ))
= 2x 3 + x 3 /6 + o(x 3 ) = (13/6)x 3 + o(x 3 ).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
41/ 54
Esercizi svolti, II.
I
Calcoliamo l’espansione del denumeratore, ottenendo un
risultato del tipo
log(1 + x 3 ) = C2 x β + o(x β ).
Da log(1 + y ) = y + o(y ) abbiamo per y = x 3
log(1 + x 3 ) = x 3 + o(x 3 )
Quindi
(13/6)x 3 + o(x 3 )
x + 2x 3 − sin(x)
=
lim
= 13/6
x→0
x→0
log(1 + x 3 )
x 3 + o(x 3 )
lim
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
42/ 54
Esercizi svolti, III.
Esercizio
Calcolare con gli infinitesimi
log(1 + x) − sin(x)
x→0
1 − cos(x)
lim
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
43/ 54
Esercizi svolti, III.
Traccia.
E’ del tipo 0/0 (indeterminato).
I
Calcoliamo l’espansione del numeratore, ottenendo un
risultato del tipo
log(1 + x) − sin(x) = C1 x α + o(x α ).
Sappiamo che
I
I
sin(x) = x − x 3 /6 + o(x 3 );
log(1 + x) = x − x 2 /2 + o(x 2 );
e quindi
log(1 + x) − sin(x) = (x − x 2 /2 + o(x 2 )) − (x − x 3 /6 + o(x 3 ))
= −x 2 /2 + o(x 2 ).
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
44/ 54
Esercizi svolti, III.
I
Calcoliamo l’espansione del denumeratore, ottenendo un
risultato del tipo
1 − cos(x) = C2 x β + o(x β ).
Da cos(x) = 1 − x 2 /2 + o(x 2 ) abbiamo
1 − cos(x) = x 2 /2 + o(x 2 )
Quindi
−x 2 /2 + o(x 2 )
log(1 + x) − sin(x)
= lim 2
= −1.
x→0
x→0 x /2 + o(x 2 )
1 − cos(x)
lim
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
45/ 54
Esercizi svolti, IV.
Esercizio
Calcolare con gli infinitesimi
x3
e x 4 +x − cos(x)
lim
x→0
sin(x 2 )
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
46/ 54
Esercizi svolti, IV.
Traccia.
E’ del tipo 0/0 (indeterminato).
I Calcoliamo l’espansione del numeratore. Notiamo che
x3
x2
e x 4 +x − cos(x) = e x 3 +1 − cos(x).
e intendiamo ottenere un risultato del tipo
x2
e x 3 +1 − cos(x) = C1 x α + o(x α ).
Sappiamo che
2
I
I
e y = 1 + y + o(y ) implica per y = x 3x+1
x2
x2
x2
e x 3 +1 = 1 + 3
+ o( 3
);
x +1
x +1
2
2
cos(x) = 1 − x /2 + o(x );
2
e quindi essendo o( x 3x+1 )) = o(x 2 ) (perch`e ?)
x2
e x 3 +1 − cos(x)
=
=
x2
x2
+
o(
)) + (1 − x 2 /2 + o(x 2 ))
x3 + 1
x3 + 1
2x 2 + (x 3 + 1)x 2
+ o(x 2 )
(1)
2(x 3 + 1)
(1 +
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
47/ 54
Esercizi svolti, IV.
I Calcoliamo l’espansione del denumeratore, ottenendo un risultato del tipo
sin(x 2 ) = C2 x β + o(x β ).
Da sin(y ) = y + o(y ) abbiamo per y = x 2
sin(x 2 ) = x 2 + o(x 2 )
Quindi
x3
e x 4 +x − cos(x)
= lim
lim
x→0
x→0
sin(x 2 )
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
2x 2 +(x 3 +1)x 2
+ o(x 2 )
2(x 3 +1)
x 2 + o(x 2 )
Polinomio di Taylor.
= 3/2.
48/ 54
Esercizi.
Esercizio
Calcolare con gli infinitesimi e/o con la regola de l’Hopital
lim
x→0
sin(x) − sinh(x)
e x − x − cosh(x)
Traccia.
Mostrare che
sin(x) − sinh(x) = −x 3 /3 + o(x 3 )
e x − x − cosh(x) = x 3 /6 + o(x 3 )
e quindi il limite vale −2.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
49/ 54
Esercizi.
Esercizio
Mostrare che, al variare di α,
Lα = lim √
x→0
27x 5 + log (1 + x 7 )
1 + x 8 − 1 + α sin5 (x)
vale 27/α se α 6= 0, +∞ se α = 0.
Esercizio
Mostrare che,
e sin(x) − 1 − x
=0
x→0
x log(x)
lim
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
50/ 54
Esercizi.
Esercizio
Mostrare che
lim+
x→0
x 2 log(x) + x 3 sin(1/x)
= 0.
2x − 1
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
51/ 54
Esercizi.
Esercizio
Calcolare, per ogni valore reale del parametro α, il seguente limite:
lim+
x→0
2x − sin(αx) − 1 + x 3
√
1 − cos( x) − 12 log(1 + x)
Esercizio
Determinare l’ordine di infinitesimo di x sin(x) − x 2 , cio`e per quale
α minimo si abbia
lim+
x→0
x sin(x) − x 2
6= 0.
xα
Calcolare quindi
lim+
x→0
x sin(x) − x 2
(1 − cos(x))x
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
52/ 54
Esercizi.
Esercizio
Calcolare,il valore dei parametri α, β reali affinch`e la funzione
(
2
sin(x)+cos(x)−e x /2
, x >0
2x
f (x) =
2α e x − 3 β x, x ≤ 0
I
sia continua in R:
I
sia derivabile in R.
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
Polinomio di Taylor.
53/ 54
Esercizi.
Esercizio
Calcolare, per ogni valore reale del parametro α, il seguente limite:
lim+
x→0
arctan(x + x 2 ) − x
x α − sin(x 2 )
Esercizio
Calcolare, per ogni valore reale del parametro α, il seguente limite:
1 + tan(x 3 ) − e x
lim+
x→0
(e x 2 − 1)x α
Paola Mannucci e Alvise Sommariva
3
Polinomio di Taylor.
54/ 54
© Copyright 2024 ExpyDoc
